KR102337090B1 - Multi-accumulator arrangement for hydraulic percussion mechanism - Google Patents

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조셉 퍼셀
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Abstract

본 발명은 타격 비트에 충격을 가하기 위한 피스톤을 포함하는 유압 구동식 타격 메커니즘에 관한 것이다. 타격 메커니즘은 또한 유압 유체용 제 1 축압기 조립체를 포함한다. 제 1 축압기 조립체는 복수의 제 1 축압기 요소를 포함한다. 제 1 양태에서, 복수의 제 1 축압기 요소는 공통의 하우징 내에 배치된다. 제 2 양태에서, 제 1 축압기 요소의 각각은 피스톤으로부터 동일한 근거리에 배치된다. 제 3 양태에서, 제 1 축압기 요소의 각각은 축압기 멤브레인 또는 피스톤을 포함하고, 유압 유체와 접촉된 멤브레인 또는 피스톤의 일차 이동 방향은 메커니즘의 종축선에 실질적으로 평행하다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a hydraulically driven percussion mechanism comprising a piston for impacting a percussion bit. The percussion mechanism also includes a first accumulator assembly for hydraulic fluid. The first accumulator assembly includes a plurality of first accumulator elements. In a first aspect, a plurality of first accumulator elements are disposed within a common housing. In a second aspect, each of the first accumulator elements is disposed at the same proximal distance from the piston. In a third aspect, each of the first accumulator elements comprises an accumulator membrane or piston, wherein the primary direction of movement of the membrane or piston in contact with the hydraulic fluid is substantially parallel to the longitudinal axis of the mechanism.

Description

유압식 타격 메커니즘을 위한 다중-축압기 구성{MULTI-ACCUMULATOR ARRANGEMENT FOR HYDRAULIC PERCUSSION MECHANISM}MULTI-ACCUMULATOR ARRANGEMENT FOR HYDRAULIC PERCUSSION MECHANISM

본 발명은 타격 메커니즘을 위한 축압기 구성, 특히 유압식 다운-더-홀(down-the-hole) 해머용 축압기 구성에 관한 것이다.The present invention relates to an accumulator configuration for a percussion mechanism, in particular an accumulator configuration for a hydraulic down-the-hole hammer.

유압 구동식 타격 메커니즘은 암석을 천공하기 위해 사용되는 다양한 설비에서 채용된다. 탑 해머 시스템 및 다운-더-홀 시스템의 양자 모두를 위한 타격 메커니즘의 다수의 상이한 변형례가 존재한다. 이러한 변형례는 셔틀 밸브로 공지된 제어 밸브를 구비하는 메커니즘, 및 이 제어 밸브가 특수 포트 배열로 대체되는 경우에 밸브리스 메커니즘으로 공지된 것을 포함한다.Hydraulically driven percussion mechanisms are employed in various installations used to drill rock. There are many different variants of the striking mechanism for both top hammer systems and down-the-hole systems. Such variations include a mechanism with a control valve known as a shuttle valve, and what is known as a valveless mechanism when the control valve is replaced with a special port arrangement.

보통 사용되는 복수의 타격 메커니즘은 3 가지 주요 부품을 포함한다.A commonly used plural striking mechanism includes three main parts.

1. 이 메커니즘의 전방 단부에 위치된 드릴 비트(bit)나 공구에 타격 에너지를 전달하기 위한 충격 피스톤;1. A percussion piston for transmitting striking energy to a drill bit or tool located at the forward end of this mechanism;

2. 충격 피스톤의 면에 압력을 가하는 타격 메커니즘 내의 유압 유체의 유동을 제어함으로써 피스톤의 왕복 운동을 유발하는 주기적 힘(cyclical force)을 발생시키는 셔틀 밸브; 및2. a shuttle valve that generates a cyclical force that causes the piston to reciprocate by controlling the flow of hydraulic fluid in the percussion mechanism that applies pressure to the face of the percussion piston; and

3. 피스톤의 왕복운동에 의해 발생되는 변화하는 순간적 유동 요건을 조정하기 위해 가압된 유체를 취하고, 저장하고, 재공급하는 축압기.3. An accumulator that takes, stores, and re-supply pressurized fluid to accommodate the changing instantaneous flow requirements generated by the reciprocating motion of the piston.

유압 유체는 타격 메커니즘을 장착하고 있는 베이스 기계로부터 일정한 유량으로 공급된다. 유체는 셔틀 밸브와 축압기에 병렬로 공급된다. 사이클 중의 피스톤의 위치에 따라, 유압 유체는 셔틀 밸브를 통과하여 충격 피스톤을 이동시키거나, 또는 축압기를 충전시킬 수 있다. 그러나, 통상적으로 축압기는, 일단 유체의 압력이 축압기 사전 충전 압력으로 공지된 특정의 최소 수준에 도달했을 때에만, 유압 유체를 취하도록 구성된다.Hydraulic fluid is supplied at a constant flow rate from a base machine equipped with a percussion mechanism. Fluid is supplied in parallel to the shuttle valve and the accumulator. Depending on the position of the piston during the cycle, hydraulic fluid can either pass the shuttle valve to move the percussion piston, or charge the accumulator. However, typically an accumulator is configured to take hydraulic fluid only once the pressure of the fluid has reached a certain minimum level known as the accumulator pre-fill pressure.

피스톤 사이클의 2 개의 말기에서, 피스톤이 순간적으로 정지된 경우에, 피스톤에의 유압 유동을 위한 요건은 없으므로 유체 압력은 축압기 사전 충전 압력으로 축압되어 축압기 내로 유입된다. 그러나, 이 압력은 병렬로 공급되므로, 이것은 또한 셔틀 밸브를 통해 충격 피스톤 상에 작용하여 고정된 단부 위치로부터 멀어지는 방향으로 피스톤을 가속시키는 힘을 발생한다. 축압기는 피스톤이 속도를 얻어감에 따라 점점 더 적은 부분의 공급된 유체를 수용한다. 사이클 중의 특정의 시점에서, 피스톤은 공급된 유체의 전부를 소모하기에 충분한 속도를 얻는다. 이 유체는 최소한으로 여전히 축압기 사전 충전 압력으로 공급되고 있으므로, 피스톤은 유체의 힘 하에서 계속하여 가속되고 있다. 이 시점에서, 축압기는 유체를 수용하는 것을 중단하고, 유체를 시스템 내로 재공급하기 시작한다. 가압된 유체는 축압기로부터 배출됨으로써 피스톤은 더 빠른 속도를 달성할 수 있다. 이것은 축압기가 그 저장된 유체를 완전히 배출할 때까지 또는 피스톤이 드릴 비트 또는 공구에 충격을 가하고, 따라서 스톱에 도달하거나 공정을 재개할 때까지 지속된다.At the two ends of the piston cycle, when the piston is momentarily stopped, there is no requirement for hydraulic flow to the piston so the fluid pressure is accumulating to the accumulator pre-charge pressure and introduced into the accumulator. However, since this pressure is supplied in parallel, it also acts on the percussion piston via the shuttle valve to generate a force that accelerates the piston away from the fixed end position. The accumulator receives a smaller and smaller portion of the supplied fluid as the piston gains speed. At some point in the cycle, the piston gains a speed sufficient to consume all of the fluid supplied. Since this fluid is still being supplied with minimal accumulator pre-charge pressure, the piston continues to accelerate under the force of the fluid. At this point, the accumulator stops receiving fluid and begins feeding fluid back into the system. The pressurized fluid is discharged from the accumulator so that the piston can achieve a higher speed. This continues until the accumulator completely drains its stored fluid or until the piston impacts the drill bit or tool, thus reaching a stop or restarting the process.

유압 유체를 저장하여 공급하는 축압기의 능력은 타격 메커니즘의 성능에 중요하다. 만일 축압기가 충분한 유체를 저장할 수 없거나, 또는 이것을 충분히 신속하게 수용할 수 없거나, 또는 이것을 충분히 신속하게 재공급할 수 없다면, 피스톤의 최대 속도가 제한되므로 피스톤의 타격 에너지는 제한된다. 타격 메커니즘의 최대 충격 진동수도 제한될 것이다. 주기적 부하가 피스톤의 왕복운동의 진동수로 베이스 기계 상에 부과되고, 이것은 베이스 기계의 신뢰성에 유해하다.The ability of the accumulator to store and supply hydraulic fluid is critical to the performance of the percussion mechanism. If the accumulator cannot store enough fluid, or receive it quickly enough, or resupply it quickly enough, the piston's striking energy is limited as the maximum speed of the piston is limited. The maximum shock frequency of the striking mechanism will also be limited. A periodic load is imposed on the base machine at the frequency of the reciprocating motion of the piston, which is detrimental to the reliability of the base machine.

타격 메커니즘의 출력은 타격 에너지 및 충격 진동수의 양자 모두에 비례한다. 타격 에너지 및 충격 진동수의 양자 모두는 부족한 축압기 성능에 의해 제한될 수 있으므로 축압기의 성능은 타격 메커니즘의 최대 출력 및 이에 따라 최대 성능을 통제한다. 우수한 축압기 성능을 보장하기 위해, 여러 가지 요인, 즉, 저장 능력, 응답 시간 및 신뢰성이 고려되어야 한다. The output of the striking mechanism is proportional to both the striking energy and the impulse frequency. The performance of the accumulator governs the maximum power and thus the maximum performance of the striking mechanism as both the striking energy and the shock frequency can be limited by the insufficient accumulator performance. To ensure good accumulator performance, several factors must be considered: storage capacity, response time and reliability.

고진동수 타격 메커니즘에서, 축압기의 설치가 또한 매우 중요하다. 축압기가 셔틀 밸브에 근접하면 할 수록 유체를 저장 또는 공급하는 그것의 응답 시간은 더 빨라진다. 신속한 응답은 고진동수로 최대 타격 에너지를 달성함에 있어서 중요하다. 축압기의 설치는 타격 메커니즘의 신뢰성에도 영향을 줄 수 있다. 축압기의 위치가 멀면 멀수록 셔틀 밸브의 이동에 응답하여 가속 및 감속되어야 하는 유체의 체적은 더 커진다. 타격 메커니즘은 운동하는 유체의 체적이 증대됨에 따라 “유체 해머”로 알려져 있는 불리한 압력 변동에 더욱 영향을 받기 쉽다.In high frequency striking mechanisms, the installation of an accumulator is also very important. The closer the accumulator is to the shuttle valve, the faster its response time to store or supply fluid. Rapid response is important in achieving maximum strike energy at high frequencies. The installation of the accumulator can also affect the reliability of the striking mechanism. The farther the accumulator is located, the greater the volume of fluid that must be accelerated and decelerated in response to the movement of the shuttle valve. The percussion mechanism is more susceptible to adverse pressure fluctuations known as “fluid hammers” as the volume of the moving fluid increases.

현재까지, 국제특허출원 공개번호 WO 2010/033041 및 국제특허출원 공개번호 WO 96/20330에 기재된 바와 같은 유압식 다운-더-홀 해머는 타격 메커니즘과 별개의 단일의 축압기를 사용하고 있다. 이것의 이유는 다운-더-홀 타격 드릴 공구는 이것이 천공하는 구멍 내에 끼워져야 하므로 크기 및 형상의 제약을 받기 때문이다. 그러므로 다운-더-홀 드릴 공구의 제약 내에서 축압기 성능에 영향을 주는 요인을 최적화하는 축압기의 구성에 도달하는 것이 곤란하다.To date, hydraulic down-the-hole hammers as described in International Patent Application Publication No. WO 2010/033041 and International Patent Application Publication No. WO 96/20330 use a single accumulator separate from the striking mechanism. The reason for this is that the down-the-hole percussion drill tool is constrained by size and shape as it must fit within the hole it is drilling. Therefore, it is difficult to arrive at a configuration of the accumulator that optimizes the factors affecting the accumulator performance within the constraints of the down-the-hole drilling tool.

본 발명의 일 양태에 따르면, 유압 구동식 타격 메커니즘으로서,According to one aspect of the present invention, there is provided a hydraulically driven striking mechanism comprising:

타격 비트에 충격을 가하는 피스톤; 및a piston impacting the percussion bit; and

유압 유체용 제 1 축압기 조립체를 포함하고;a first accumulator assembly for hydraulic fluid;

제 1 축압기 조립체는 공통의 하우징 내의 복수의 제 1 축압기 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 구동식 타격 메커니즘이 제공된다.A hydraulically driven percussion mechanism is provided wherein the first accumulator assembly includes a plurality of first accumulator elements within a common housing.

이러한 구성의 장점은 복수의 복수의 축압기 요소의 사용이 단일의 축압기 구성에 비해 축압기 조립체의 전체 저장 능력을 증가시키는 점이다. 또한 축압기 요소 중의 하나가 고장인 경우에 조립체 내의 다른 요소가 정상적으로 기능을 지속하므로 신뢰성이 증대된다. 다른 장점은 제공되는 축압기 요소의 수가 많으면 많을 수록 각각의 요소에 의해 요구되는 이동은 더 감소되고, 따라서 축압기 조립체의 전체 응답 시간이 향상되는 점이다. 추가의 장점은 공통 하우징이 각각 자기 자신의 하우징 내의 다중 축압기를 사용하는 것에 비해 각각의 축압기 하우징의 가용 단면적을 최대화하는 점이다.An advantage of this configuration is that the use of a plurality of multiple accumulator elements increases the overall storage capacity of the accumulator assembly compared to a single accumulator configuration. Reliability is also increased because, if one of the accumulator elements fails, the other elements in the assembly continue to function normally. Another advantage is that the greater the number of accumulator elements provided, the less movement required by each element, thus improving the overall response time of the accumulator assembly. A further advantage is that the common housing maximizes the usable cross-sectional area of each accumulator housing compared to using multiple accumulators each in its own housing.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 유압 구동식 타격 메커니즘으로서,According to another aspect of the present invention, there is provided a hydraulically driven striking mechanism comprising:

타격 비트에 충격을 가하는 피스톤; 및a piston impacting the percussion bit; and

유압 유체용 제 1 축압기 조립체를 포함하고;a first accumulator assembly for hydraulic fluid;

제 1 축압기 조립체는 복수의 제 1 축압기 요소를 포함하고, 제 1 축압기 요소의 각각은 피스톤으로부터 동일한 근거리, 즉 피스톤으로부터 등거리에 배치되는 것을 특징으로 하는 유압 구동식 타격 메커니즘이 제공된다.A hydraulically driven percussion mechanism is provided, wherein the first accumulator assembly comprises a plurality of first accumulator elements, each of the first accumulator elements disposed at the same proximal distance from the piston, ie equidistant from the piston.

이러한 구성은 위에서 설명된 많은 장점, 특히 향상된 저장 능력, 신뢰성 및 응답 시간을 향유한다. 피스톤으로부터 동일한 근거리에 각각의 축압기 요소를 배치하는 것의 장점은 축압기 요소의 내외로의 유압 유체의 총 이동 거리가 최소화될 수 있다는 점이다.This configuration enjoys many of the advantages described above, particularly improved storage capacity, reliability and response time. An advantage of arranging each accumulator element at the same distance from the piston is that the total travel distance of the hydraulic fluid in and out of the accumulator element can be minimized.

본 발명의 추가의 양태에 따르면, 유압 구동식 타격 메커니즘으로서,According to a further aspect of the present invention there is provided a hydraulically driven percussion mechanism comprising:

타격 비트에 충격을 가하는 피스톤; 및a piston impacting the percussion bit; and

유압 유체용 제 1 축압기 조립체를 포함하고;a first accumulator assembly for hydraulic fluid;

제 1 축압기 조립체는 복수의 제 1 축압기 요소를 포함하고, 제 1 축압기 요소의 각각은 축압기 멤브레인 또는 피스톤을 포함하고, 유압 유체와 접촉된 멤브레인 또는 피스톤의 일차 이동 방향은 메커니즘의 종축선에 실질적으로 평행한 것을 특징으로 하는 유압 구동식 타격 메커니즘이 제공된다.The first accumulator assembly includes a plurality of first accumulator elements, each of the first accumulator elements including an accumulator membrane or piston, wherein a primary direction of movement of the membrane or piston in contact with the hydraulic fluid is a longitudinal axis of the mechanism A hydraulically driven percussion mechanism is provided, characterized in that it is substantially parallel to the line.

이러한 구성도 위에서 설명된 장점, 특히 향상된 저장 능력, 신뢰성 및 응답 시간을 향유한다. 멤브레인 또는 피스톤의 일차 이동 방향이 종방향이 되도록 축압기 요소를 배치하는 것의 장점은 유체가 피스톤의 방향으로 축압기 요소로부터 배출되는 점이다. 축압기 멤브레인의 종방향의 이동은 또한 해머의 요소가 그 길이를 따라 잇달아 배치되는 타격 메커니즘의 다운-더-홀 해머로서의 적용을 위해 유리하다.This configuration also enjoys the advantages described above, particularly improved storage capacity, reliability and response time. An advantage of arranging the accumulator element such that the primary direction of movement of the membrane or of the piston is longitudinal is that the fluid exits the accumulator element in the direction of the piston. The longitudinal movement of the accumulator membrane is also advantageous for application as a down-the-hole hammer of a striking mechanism in which elements of the hammer are arranged one after another along its length.

본 발명의 위에서 언급된 양태의 특징 중 하나 이상은 단일 실시형태로 결합될 수 있다.One or more of the features of the above-mentioned aspects of the invention may be combined into a single embodiment.

타격 메커니즘은,The hitting mechanism is

피스톤의 왕복운동을 제어하기 위한, 셔틀 밸브 직경을 갖는 셔틀 밸브 더 포함하고;a shuttle valve having a shuttle valve diameter for controlling the reciprocating motion of the piston;

제 1 축압기 조립체는 셔틀 밸브에 근접하여 또는 인접하여 배치된다.The first accumulator assembly is disposed proximate or adjacent the shuttle valve.

타격 메커니즘은,The hitting mechanism is

배출 체임버를 더 포함하고;further comprising an exhaust chamber;

제 1 축압기 요소의 각각은 이것으로부터 배출되는 유체가 배출 체임버 내로 배출되도록 배치된다.Each of the first accumulator elements is arranged such that fluid discharged therefrom is discharged into the discharge chamber.

배출 체임버 셔틀 밸브에 인접해 있을 수 있다.It may be adjacent to the exhaust chamber shuttle valve.

제 1 축압기 요소의 각각은 공통의 배출 체임버로부터 동일한 근거리에 배치될 수 있다.Each of the first accumulator elements may be disposed at the same proximal distance from a common exhaust chamber.

이 구성의 장점은 각각의 요소로부터 셔틀 밸브까지의 압력 유체의 경로가 동일하다는 점이다. 그러므로 축압기 요소로부터 압력 유체의 경로는 최소화될 수 있고, 그 결과 축압기 조립체의 응답 시간을 향상시킬 수 있고, 불리한 “유체 해머” 효과의 가능성이 감소될 수 있다.The advantage of this configuration is that the path of the pressure fluid from each element to the shuttle valve is the same. The path of the pressure fluid from the accumulator element can therefore be minimized, thereby improving the response time of the accumulator assembly and reducing the likelihood of adverse “fluid hammer” effects.

전형적으로 셔틀 밸브는 제 1 축압기 조립체의 내외로의 유체의 유동을 제어하는 표면을 갖는다. 일 실시형태에서, 제 1 축압기 요소의 각각은 축압기 멤브레인 또는 피스톤을 포함하고, 타격 메커니즘의 작동 중에 적어도 하나의 축압기 멤브레인 또는 피스톤과 셔틀 밸브 표면 사이의 최소 거리는 상기 셔틀 밸브 표면으로부터 상기 셔틀 밸브 직경의 3배 이하이다.Typically the shuttle valve has a surface that controls the flow of fluid into and out of the first accumulator assembly. In one embodiment, each of the first accumulator elements comprises an accumulator membrane or piston, wherein during operation of the percussion mechanism the minimum distance between at least one accumulator membrane or piston and the shuttle valve surface is the shuttle valve surface from the shuttle valve surface. 3 times or less of the valve diameter.

일 실시형태에서, 제 1 축압기 요소는 타격 메커니즘의 종축선을 중심으로 대각 배치(polar array)로 배치된다.In one embodiment, the first accumulator elements are arranged in a polar array about the longitudinal axis of the striking mechanism.

일 실시형태에서, 제 1 축압기 요소의 각각은 기체-충전된 블래더(bladder) 또는 멤브레인을 포함한다.In one embodiment, each of the first accumulator elements comprises a gas-filled bladder or membrane.

제 1 축압기 요소의 각각은 메커니즘의 동일한 종방향 위치에, 즉 셔틀 밸브의 동일한 근접부에 배치될 수 있다.Each of the first accumulator elements can be arranged in the same longitudinal position of the mechanism, ie in the same proximity of the shuttle valve.

제 1 축압기 조립체는 압력 축압기 조립체일 수 있다. 대안적으로, 제 1 축압기 조립체는 복귀 축압기 조립체일 수 있다. 다른 실시형태에서, 각각의 제 1 축압기 요소는 압력 축압기 또는 복귀 축압기로서 개별적으로 구성될 수 있다.The first accumulator assembly may be a pressure accumulator assembly. Alternatively, the first accumulator assembly may be a return accumulator assembly. In other embodiments, each first accumulator element may be individually configured as a pressure accumulator or a return accumulator.

일 실시형태에서, 타격 메커니즘은,In one embodiment, the striking mechanism comprises:

공통의 하우징 내에 복수의 제 2 축압기 요소를 포함하는 제 2 축압기 조립체를 더 포함하고, 제 2 축압기 요소의 각각은 압력 축압기 또는 복귀 축압기로서 개별적으로 구성될 수 있다.A second accumulator assembly comprising a plurality of second accumulator elements within a common housing, each of the second accumulator elements individually configurable as a pressure accumulator or a return accumulator.

타격 메커니즘은,The hitting mechanism is

압력 축압기 또는 복귀 축압기로서 제 2 축압기 요소의 각각을 구성하기 위해 제 2 축압기 조립체에 접속될 수 있는 어댑터 하우징을 더 포함한다.and an adapter housing connectable to the second accumulator assembly to configure each of the second accumulator elements as a pressure accumulator or a return accumulator.

본 발명의 추가의 양태에 따르면, 유압 구동식 타격 메커니즘으로서,According to a further aspect of the present invention there is provided a hydraulically driven percussion mechanism comprising:

타격 비트에 충격을 가하는 피스톤;a piston impacting the percussion bit;

피스톤의 왕복운동을 제어하기 위한, 셔틀 밸브 직경을 갖는 셔틀 밸브;a shuttle valve having a shuttle valve diameter for controlling the reciprocating motion of the piston;

셔틀 밸브에 근접하여 배치되는, 유압 유체용 제 1 축압기 조립체를 더 포함하고, 이 셔틀 밸브는 제 1 축압기 조립체의 내외로의 유체의 유동을 제어하는 표면을 갖고;a first accumulator assembly for hydraulic fluid disposed proximate the shuttle valve, the shuttle valve having a surface that controls flow of the fluid into and out of the first accumulator assembly;

제 1 축압기 조립체는 복수의 제 1 축압기 요소를 포함하고, 제 1 축압기 요소의 각각은 축압기 멤브레인 또는 피스톤을 포함하고, 타격 메커니즘의 작동 중에 적어도 하나의 축압기 멤브레인 또는 피스톤과 셔틀 밸브 표면 사이의 최소 거리는 셔틀 밸브 표면으로부터 셔틀 밸브 직경의 3배 이하이고, 타격 메커니즘의 작동 중에 적어도 하나의 다른 축압기 멤브레인 또는 피스톤과 셔틀 밸브 표면 사이의 최소 거리는 셔틀 밸브 표면으로부터 셔틀 밸브 직경의 10배 이하인 것을 특징으로 하는 유압 구동식 타격 메커니즘이 제공된다.The first accumulator assembly includes a plurality of first accumulator elements, each of the first accumulator elements including an accumulator membrane or piston, and at least one accumulator membrane or piston and a shuttle valve during operation of the percussion mechanism The minimum distance between the surfaces is not more than 3 times the diameter of the shuttle valve from the surface of the shuttle valve, and the minimum distance between the surface of the shuttle valve and at least one other accumulator membrane or piston during operation of the striking mechanism is 10 times the diameter of the shuttle valve from the surface of the shuttle valve There is provided a hydraulically driven striking mechanism characterized in that below.

본 발명의 일 양태에 따르면, 유압식 다운-더-홀 해머로서,According to one aspect of the present invention, there is provided a hydraulic down-the-hole hammer comprising:

위에서 설명된 타격 메커니즘을 포함하는 유압식 다운-더-홀 해머가 제공된다.A hydraulic down-the-hole hammer is provided comprising the striking mechanism described above.

유압식 다운-더-홀 해머는,Hydraulic down-the-hole hammer,

외부의 원통형 외부 마모 슬리브를 더 포함할 수 있고, 피스톤은 타격 비트에 타격을 가하기 위해 외부 마모 슬리브 내에서 왕복 이동하도록 장착되고, 타격 비트는 외부 마모 슬리브의 전방 단부에 위치된다.It may further include an outer cylindrical outer wear sleeve, wherein the piston is mounted to reciprocate within the outer wear sleeve for striking the striking bit, the striking bit positioned at a front end of the outer wear sleeve.

일 실시형태에서, 유압식 다운-더-홀 해머는,In one embodiment, the hydraulic down-the-hole hammer comprises:

피스톤의 왕복운동을 제어하기 위한 셔틀 밸브를 포함하고, 셔틀 밸브는 셔틀 밸브 직경을 갖고, 셔틀 밸브는 제 1 축압기 조립체의 내외로의 유체의 유동을 제어하고, 제 1 축압기 조립체는 셔틀 밸브에 근접하여 배치되고;a shuttle valve for controlling reciprocation of the piston, the shuttle valve having a shuttle valve diameter, the shuttle valve controlling the flow of fluid into and out of the first accumulator assembly, the first accumulator assembly including the shuttle valve placed in close proximity to;

제 1 축압기 요소의 각각은 축압기 멤브레인 또는 피스톤을 포함하고, 타격 메커니즘의 작동 중에 적어도 하나의 축압기 멤브레인 또는 피스톤과 셔틀 밸브 표면 사이의 최소 거리는 셔틀 밸브 표면으로부터 셔틀 밸브 직경의 10배 이하이다.each of the first accumulator elements comprises an accumulator membrane or piston, wherein during operation of the percussion mechanism the minimum distance between the at least one accumulator membrane or piston and the shuttle valve surface is no more than ten times the shuttle valve diameter from the shuttle valve surface .

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 유압식 다운-더-홀 해머의 측단면도이고;
도 2는 도 1의 중앙부의 확대 측단면도이고;
도 3은 도 1의 상부의 확대 측단면도이고;
도 4는 도 1의 X-X 선을 따라 취해진 제 1 축압기 조립체의 단면도이고;
도 5는 도 1의 Y-Y 선을 따라 취해진 제 1 축압기 조립체의 단면도이고;
도 6a 및 도 6b는 상이한 양의 압력 유체를 저장하는 축압기 요소를 도시하는 도 1의 제 1 축압기 조립체의 확대 측단면이고;
도 7은 도 1의 제 2 축압기 조립체의 확대 측단면도이고;
도 8은 대안적 제 2 축압기 조립체의 확대 측단면도이고;
도 9는 도 1의 Z-Z 선을 따라 취해진 제 2 축압기 조립체의 단면도이다.1 is a cross-sectional side view of a hydraulic down-the-hole hammer according to an embodiment of the present invention;
Fig. 2 is an enlarged side cross-sectional view of the central portion of Fig. 1;
Fig. 3 is an enlarged side cross-sectional view of the upper part of Fig. 1;
Fig. 4 is a cross-sectional view of the first accumulator assembly taken along line XX of Fig. 1;
Fig. 5 is a cross-sectional view of the first accumulator assembly taken along line YY in Fig. 1;
6A and 6B are enlarged side cross-sections of the first accumulator assembly of FIG. 1 showing accumulator elements storing different amounts of pressure fluid;
Fig. 7 is an enlarged side cross-sectional view of the second accumulator assembly of Fig. 1;
8 is an enlarged side cross-sectional view of an alternative second accumulator assembly;
Fig. 9 is a cross-sectional view of the second accumulator assembly taken along line ZZ of Fig. 1;

본 발명의 일 실시형태에 따른 유압식 다운-더-홀 해머(10)는 도 1에 도시되어 있다. 해머(10)는 축압기 카트리지(11) 및 타격 카트리지(12)를 포함한다. 타격 카트리지는 외부의 원통형 외부 마모 슬리브(9a)를 포함한다. 내부 실린더(5)는 외부 마모 슬리브 내에 동축으로 장착된다. 슬라이딩 충격 피스톤(6)은 내부 실린더(5) 및 외부 마모 슬리브(9a) 내에서 왕복 이동하도록 장착되어 외부 마모 슬리브의 전방 단부에 위치된 해머 비트(8)에 충격을 가하여 드릴 비트에 타격력을 가한다.A hydraulic down-the-hole hammer 10 according to an embodiment of the present invention is shown in FIG. 1 . The hammer 10 includes an accumulator cartridge 11 and a striking cartridge 12 . The striking cartridge comprises an outer cylindrical outer wear sleeve 9a. The inner cylinder 5 is mounted coaxially in the outer wear sleeve. The sliding impact piston (6) is mounted to reciprocate within the inner cylinder (5) and the outer wear sleeve (9a) to impact the hammer bit (8) located at the front end of the outer wear sleeve to apply a striking force to the drill bit do.

외부 마모 슬리브(9a)는 마모 슬리브(9a)의 전방 단부에 제공되는 암나사산 및 비트 하우징(7)의 후방 단부에 제공되는 공동작용하는 수나사산에 의해 비트 하우징(7)에 나사결합된다. 비트 하우징은 이 하우징(7)이 외부 마모 슬리브(9a) 내에 나사체결된 경우에 스톱의 기능을 하는 외부 환형 숄더를 구비한다. 회전력은 회전하는 외부 마모 슬리브(9a)로부터 비트 하우징(7)의 전방 단부에 장착되는 중공 원통형 척(13)에 의해 비트까지 전달된다. 척의 내부는 자신의 내벽 상에 복수의 축방향으로 연장되는 스플라인을 제공하기 위해 기계가공되고, 이 스플라인은 척으로부터 드릴 비트로 회전 구동을 전달하기 위해 해머 비트(8)의 섕크 상의 상보적 스플라인과 맞물린다. 척의 상부는 비트 하우징(7)에 접속되기 위한 수나사산을 갖는다. 척은 또한 이 척이 비트 하우징(7) 내에 나사체결된 경우에 스톱의 기능을 하는 외부 환형 숄더를 구비한다.The outer wear sleeve 9a is screwed to the bit housing 7 by a female thread provided at the front end of the wear sleeve 9a and a co-operative male thread provided at the rear end of the bit housing 7 . The bit housing has an outer annular shoulder which functions as a stop when this housing 7 is screwed into the outer wear sleeve 9a. The rotational force is transmitted from the rotating outer wear sleeve 9a to the bit by a hollow cylindrical chuck 13 mounted on the front end of the bit housing 7 . The interior of the chuck is machined to provide a plurality of axially extending splines on its inner wall, which splines mesh with complementary splines on the shank of the hammer bit 8 to transmit rotational drive from the chuck to the drill bit. All. The upper part of the chuck has an external thread for connection to the bit housing (7). The chuck also has an outer annular shoulder which functions as a stop when the chuck is screwed into the bit housing 7 .

타격 카트리지는 셔틀 밸브 및 하우징(4)을 더 포함한다. 셔틀 밸브는 피스톤(6)의 왕복운동을 제어하고, 셔틀 밸브 직경(D)을 갖는다. 셔틀 밸브는 제 1 축압기 조립체(3a)의 내외로의 유체의 유동을 제어하는 표면(29)을 갖는다.The striking cartridge further comprises a shuttle valve and a housing (4). The shuttle valve controls the reciprocating motion of the piston (6) and has a shuttle valve diameter (D). The shuttle valve has a surface 29 that controls the flow of fluid into and out of the first accumulator assembly 3a.

축압기 카트리지(11)는 2 개의 섹션(9b, 9c)을 갖는 외부의 원통형 외부 마모 슬리브를 포함한다. 제 1 축압기 조립체(3a) 및 제 2 축압기 조립체(3b)는 외부 마모 슬리브(9b, 9c) 내에 동축으로 장착된다. 축압기 카트리지는 이하에서 더 상세히 논의 되는 어댑터 하우징(3c)을 더 포함한다. 접속 밸브(1) 및 매니폴드(2)는 해머(10)의 후방 단부에 제공된다.The accumulator cartridge 11 comprises an outer cylindrical outer wear sleeve having two sections 9b, 9c. The first accumulator assembly 3a and the second accumulator assembly 3b are mounted coaxially within the outer wear sleeves 9b, 9c. The accumulator cartridge further comprises an adapter housing 3c, discussed in more detail below. A connecting valve (1) and a manifold (2) are provided at the rear end of the hammer (10).

축압기 카트리지(11)는 제 1 축압기 조립체(3a)와 외부 마모 슬리브(9a) 사이의 나사산 연결에 의해 타격 카트리지(12)에 연결된다. 제 1 축압기 조립체(3a)는 하우징(14)을 포함하고, 이 하우징(14)은 그 전방 단부 및 후방 단부의 수나사산 및 이들 사이에 제공된 외부 스플라인을 갖는다. 제 1 축압기 조립체 하우징(14)의 전방 단부에 제공되는 나사산은 외부 마모 슬리브(9a)의 후방 단부 상에 제공되는 암나사산과 맞물린다. 마모 슬리브(9b)는 하우징(14) 상의 외부 스플라인과 맞물리도록 내부에 스플라인을 갖는다. 마모 슬리브(9b)는 작동 중에 제 1 축압기 조립체(3a)를 보호하고, 또한 하우징(14)과의 스플라인 맞물림을 통해 조립 및 분해를 위해 하우징을 회전하는 수단을 제공한다. 마모 슬리브(9c)는 또한 양 단부에 암나사산을 갖고, 그 전방 단부에서 하우징(14)의 후방 단부에 제공되는 수나사산에 연결된다. 외부 마모 슬리브(9c)의 후방 단부는 해머의 백헤드 조립체(1a, 1b)에 나사결합된다. The accumulator cartridge 11 is connected to the striking cartridge 12 by a threaded connection between the first accumulator assembly 3a and the outer wear sleeve 9a. The first accumulator assembly 3a includes a housing 14 having male threads at its front and rear ends and external splines provided therebetween. A thread provided on the front end of the first accumulator assembly housing 14 engages with a female thread provided on the rear end of the outer wear sleeve 9a. Wear sleeve 9b has splines therein to engage external splines on housing 14 . The wear sleeve 9b protects the first accumulator assembly 3a during operation and also provides a means for rotating the housing for assembly and disassembly through spline engagement with the housing 14 . The wear sleeve 9c also has a female thread at both ends, and at its front end is connected to a male thread provided at the rear end of the housing 14 . The rear end of the outer wear sleeve 9c is screwed into the backhead assembly 1a, 1b of the hammer.

타격 카트리지 및 축압기 카트리지의 다양한 부품은 이들 부품 사이의 다양한 나사산 연결에 의해 발생되는 반력(opposing force)에 의해 서로 접촉되어 유지된다.The various parts of the percussion cartridge and the accumulator cartridge are held in contact with each other by opposing forces generated by the various threaded connections between these parts.

해머(10)는 하나 이상의 드릴 로드에 의해 베이스 기계에 연결된다. 접속 밸브(1)는 사용된 특정의 로드에 해머를 정확하게 연결하도록 선택된다. 접속 밸브는 압력 유체 경로와 동심인, 그리고 이 압력 유체 경로의 외부에 있는 중심 압력 유체 경로(15) 및 복귀 유체 경로(16)를 포함한다. 접속 밸브는 복귀 유체 경로와 동심인, 그리고 이 복귀 유체 경로의 외부에 있는 플러싱 유체 경로(17)를 더 포함한다. 매니폴드(2)의 기능은, 압력 유체 경로가 복귀 유체 경로와 동심이 되도록, 그리고 압력 유체 경로가 복귀 유체 경로의 외부에 있도록, 압력 유체 경로와 복귀 유체 경로의 위치를 교환하는 것이다. 단일 복귀 유체 채널(18)은 셔틀 밸브(4)의 중심으로부터 축압기 조립체(3a, 3b)의 중심을 통해 해머(10)의 중심을 통해 연장된다. 도 1에 도시된 실시형태에서, 압력 유체는 부품의 주변의 근처에 위치되는 복수의 채널(19) 내에서 운반된다. 플러싱 유체는 해머의 마모 슬리브와 내부 부품 사이에 형성되는 복수의 채널(20) 내에서 운반된다. 해머의 전방 단부에서, 플러싱 유체는 비트 하우징(7) 내의 채널(21)을 통해, 그리고 비트를 통해 유출되어 천공되는 구멍 내로 유입된다.The hammer 10 is connected to the base machine by one or more drill rods. The connection valve 1 is chosen to accurately connect the hammer to the particular rod used. The connection valve includes a central pressure fluid path 15 and a return fluid path 16 concentric with, and external to, the pressure fluid path. The connection valve further comprises a flushing fluid path 17 concentric with the return fluid path and external to the return fluid path. The function of the manifold 2 is to exchange the positions of the pressure fluid path and the return fluid path such that the pressure fluid path is concentric with the return fluid path, and the pressure fluid path is external to the return fluid path. A single return fluid channel 18 extends from the center of the shuttle valve 4 through the center of the accumulator assemblies 3a , 3b through the center of the hammer 10 . 1 , the pressure fluid is carried in a plurality of channels 19 located in the vicinity of the periphery of the part. The flushing fluid is carried in a plurality of channels 20 formed between the wear sleeve of the hammer and the inner component. At the front end of the hammer, the flushing fluid flows through the channel 21 in the bit housing 7 and through the bit into the hole to be drilled.

도 2는 타격 카트리지의 실린더(5), 피스톤(6) 및 셔틀 밸브(4)를 더 상세히 도시하고 있다. 2 개의 그룹의 채널(22, 23)이 실린더를 통해 유체를 운반한다. 5 개의 채널의 하부 그룹(22)은 실린더의 전방 단부로 유체를 운반하고, 5 개의 채널의 상부 그룹(23)은 실린더의 후방 단부로 유체를 운반한다. 충격 피스톤(6)은 실린더(5) 내에 억지끼워맞춤을 제공하는 외경을 갖고, 실린더 내에 3개의 구별가능한 체임버를 효과적으로 형성한다. 하부 체임버(24)는 하부 그룹의 채널(22)과 유체 연통된다. 상부 체임버(25)는 상부 그룹의 채널(23)과 유체 연통된다. 피스톤(6)의 위치에 따라, 중간 체임버(26)는 하부 체임버(24) 또는 복귀 유체 채널(18)과 유체 연통될 수 있다.Figure 2 shows in more detail the cylinder 5, the piston 6 and the shuttle valve 4 of the percussion cartridge. Two groups of channels 22 , 23 carry fluid through the cylinder. The lower group 22 of five channels carries fluid to the front end of the cylinder, and the upper group 23 of five channels carries fluid to the rear end of the cylinder. The percussion piston 6 has an outer diameter that provides an interference fit within the cylinder 5 and effectively forms three distinct chambers within the cylinder. The lower chamber 24 is in fluid communication with the channels 22 of the lower group. The upper chamber 25 is in fluid communication with the upper group of channels 23 . Depending on the position of the piston 6 , the intermediate chamber 26 may be in fluid communication with the lower chamber 24 or the return fluid channel 18 .

도 3, 도 4, 도 5, 도 6a 및 도 6b는 제 1 축압기 조립체(3a)를 더 상세히 도시하고 있다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제 1 축압기 조립체(3a)는 전술한 바와 같은 하우징(14)을 포함한다. 5 개의 제 1 축압기 요소(27)는 각각 체임버(33) 내에 배치되는 기체-충전된 블래더 또는 멤브레인(32)을 포함하고, 공통의 하우징(14) 내의 해머(10)의 종축선을 중심으로 대칭적 대각 배치로 배치된다. 제 1 축압기 조립체(3a)는 또한 셔틀 밸브(4)에 인접하는 공통의 배출 체임버(30)를 포함하고, 제 1 축압기 요소(27)의 각각은 이것으로부터 배출되는 유체가 채널(31)을 통해 공통의 배출 체임버 내로 배출되도록 배치된다. 제 1 축압기 요소(27)의 각각은 공통의 배출 체임버(30)의 동일한 근접부에, 그리고 해머(10)의 동일한 종방향 위치에 배치된다. 따라서, 제 1 축압기 요소(27)의 각각은 충격 피스톤(6)으로부터 등거리에 있다. 대안적 실시형태에서, 상이한 수의 제 1 축압기 요소가 제공될 수 있고, 및/또는 이들은 비대칭적으로 배치될 수 있다. 대안적 실시형태에서, 제 1 축압기 요소는 기체-충전된 블래더(32)의 대신에 기체 충전된 다이어프램 또는 기체 충전된 피스톤을 포함할 수 있다.3, 4, 5, 6a and 6b show the first accumulator assembly 3a in more detail. 3 and 4 , the first accumulator assembly 3a includes a housing 14 as described above. The five first accumulator elements 27 each comprise a gas-filled bladder or membrane 32 disposed within a chamber 33 , centered on the longitudinal axis of the hammer 10 within a common housing 14 . placed in a symmetrical diagonal arrangement. The first accumulator assembly (3a) also includes a common exhaust chamber (30) adjacent the shuttle valve (4), each of the first accumulator elements (27) having a channel (31) through which the fluid discharged therefrom are arranged to be discharged into a common exhaust chamber through the Each of the first accumulator elements 27 is arranged in the same proximity of the common exhaust chamber 30 and in the same longitudinal position of the hammer 10 . Thus, each of the first accumulator elements 27 is equidistant from the percussion piston 6 . In alternative embodiments, a different number of first accumulator elements may be provided, and/or they may be arranged asymmetrically. In an alternative embodiment, the first accumulator element may comprise a gas-filled diaphragm or a gas-filled piston in place of the gas-filled bladder 32 .

도 6a 및 도 6b는 피스톤 사이클의 2 개의 상이한 시점에서의 축압기 요소(27)를 도시한다. 도 6b는 도 6a보다 더 많은 양의 압력 유체를 저장하는 요소(27)를 도시한다. 도면에 도시된 바와 같이, 멤브레인(32)의 일차 이동 방향은 이 메커니즘의 종축선에 실질적으로 평행이다. 이들 도는 자체 상에서 해머의 타격 메커니즘을 작동시키기 위해 하나의 축압기 요소에 의해 요구되는 이동을 예시한다. 제공되는 축압기 요소(27)의 수가 많으면 많을 수록 각각의 요소에 의해 요구되는 이동은 더 감소되고, 따라서 축압기 조립체의 전체 응답 시간이 향상된다. 또한, 제공되는 요소(27)가 많으면 많을 수록 유체 속도는 더 느려지고, 그 결과 “유체 해머” 효과가 감소된다.6a and 6b show the accumulator element 27 at two different points in the piston cycle. FIG. 6b shows an element 27 that stores a greater amount of pressure fluid than FIG. 6a . As shown in the figure, the primary direction of movement of the membrane 32 is substantially parallel to the longitudinal axis of this mechanism. These figures illustrate the movement required by one accumulator element to actuate the hammer's striking mechanism on itself. The greater the number of accumulator elements 27 provided, the more reduced the movement required by each element, thus improving the overall response time of the accumulator assembly. Also, the more elements 27 provided, the slower the fluid velocity, resulting in a reduced "fluid hammer" effect.

도 7 내지 도 9에서 더 상세히 도시된 바와 같이, 해머(10)는 하우징(34)을 포함하는 제 2 축압기 조립체(3b)를 더 포함한다. 5 개의 제 2 축압기 요소(35)는 각각 체임버(37) 내에 배치되는 기체-충전된 블래더 또는 멤브레인(36)을 포함하고, 공통의 하우징(34) 내의 해머(10)의 종축선을 중심으로 대칭적 대각 배치로 배치된다. 대안적 실시형태에서, 상이한 수의 제 2 축압기 요소가 제공될 수 있고, 및/또는 이들은 비대칭적으로 배치될 수 있다. 제 2 축압기 요소(35)의 각각은 압력 축압기나 또는 복귀 축압기로서 개별적으로 구성될 수 있다. 압력 축압기로서 구성되는 요소는 제 1 축압기 조립체(3a)에 대해 보충적이다. 복귀 축압기로서 구성되는 요소는 베이스 기계로 복귀되는 복귀 유체 유동을 평활화하기 위해 사용되므로, 드릴 로드 및 베이스 기계의 유압이 맥동하는 복귀 유동이 되지 않음으로써 해머 및 베이스 기계의 신뢰성이 향상된다.7 to 9 , the hammer 10 further comprises a second accumulator assembly 3b comprising a housing 34 . The five second accumulator elements 35 each include a gas-filled bladder or membrane 36 disposed within a chamber 37 , centered on the longitudinal axis of the hammer 10 within a common housing 34 . placed in a symmetrical diagonal arrangement. In alternative embodiments, a different number of second accumulator elements may be provided, and/or they may be arranged asymmetrically. Each of the second accumulator elements 35 can be individually configured as a pressure accumulator or a return accumulator. An element configured as a pressure accumulator is complementary to the first accumulator assembly 3a. Since the element configured as a return accumulator is used to smooth the return fluid flow returning to the base machine, the hydraulic pressure of the drill rod and base machine does not become a pulsating return flow, thereby improving the reliability of the hammer and base machine.

제 2 축압기 조립체(3b)는 복수의 배출 부품(38)을 포함한다. 배출 부품(38)은 압력 축압기 또는 복귀 축압기로서 각각의 제 2 축압기 요소를 구성하도록 어댑터 하우징(3c)에 연결된다. 어댑터 하우징(3c)은 개별 축압기 요소(35)를 도 7에 도시된 바와 같이 중심 복귀 채널(18)과, 또는 도 8에 도시된 주위의 압력 채널(19)과 연결하는 천공을 구비한다. 따라서, 도 7에 도시된 요소(35a)는 복귀 축압기로서 구성되지만 도 8에 도시된 요소(35b)는 압력 축압기로서 구성된다. 최종 사용자에 의해 정의되는 바와 같은 압력 축압기 요소와 복귀 축압기 요소가 적절히 혼합된 제 2 축압기 조립체(3b)를 구성하기 위해 다양한 어댑터 하우징이 사용될 수 있다. 하우징(34), 축압기 요소(35) 및 배출 부품(38)은 선택된 구성에 무관하게 동일하게 유지되고; 오직 어댑터 하우징(3c) 및 이에 따라 개별 요소의 사전 충전 압력은 변화될 필요가 있다.The second accumulator assembly 3b includes a plurality of exhaust components 38 . The discharge part 38 is connected to the adapter housing 3c to constitute a respective second accumulator element as a pressure accumulator or a return accumulator. The adapter housing 3c has perforations connecting the individual accumulator elements 35 with the return center channel 18 as shown in FIG. 7 or with the surrounding pressure channel 19 as shown in FIG. 8 . Thus, element 35a shown in FIG. 7 is configured as a return accumulator while element 35b shown in FIG. 8 is configured as a pressure accumulator. A variety of adapter housings may be used to construct the second accumulator assembly 3b with an appropriate mixture of pressure accumulator elements and return accumulator elements as defined by the end user. The housing 34 , the accumulator element 35 and the exhaust component 38 remain the same irrespective of the configuration selected; Only the adapter housing 3c and thus the pre-filling pressure of the individual elements need to be varied.

해머의 작동을 위해 3 개의 유체 유동이 요구된다. 압력 유체는 베이스 기계로부터 해머(10)로 유동하여 해머를 구동시키기 위한 에너지를 제공한다. 복귀 유체는 저압으로 해머(10)로부터 배출되어 베이스 기계로 복귀된다. 플러싱 유체는 해머를 통해 유동하고, 비트(8)를 통해 배출되고, 다음에 천공되는 구멍으로부터 배출되어 드릴 절삭 부스러기를 배출시킨다. 일반적으로, 압력 유체 및 복귀 유체는 오일이고, 플러싱 유체는 공기이지만, 다른 조합이 가능하다.Three fluid flows are required for the operation of the hammer. Pressure fluid flows from the base machine to the hammer 10 to provide energy to drive the hammer. The return fluid is discharged from the hammer 10 at low pressure and returned to the base machine. The flushing fluid flows through the hammer, exits through the bit 8, and then exits the hole being drilled to drain the drilling chips. Typically, the pressure fluid and return fluid are oil and the flushing fluid is air, although other combinations are possible.

실린더(5) 내의 하부 체임버(24)에는 실린더의 압력 채널(19) 및 하부 그룹의 채널(22)을 통해 압력 유체가 지속적으로 공급된다. 상부 체임버(25)는 상부 그룹의 채널(23)을 통해 단속적으로 가압되고, 이 채널은 압력 유체를 공급받거나 또는 셔틀 밸브(4)의 위치에 따라 복귀 유체 채널에 접속된다. 실린더(5)의 중간 체임버(26)는 또한 실린더(5) 내의 충격 피스톤(6)의 위치에 따라 단속적으로 가압된다. 충격 피스톤(6)이 해머 비트(8)에 접근된 경우, 중간 체임버(26)는 하부 체임버(24)에 접속되고, 따라서 가압된다. 충격 피스톤이 행정의 상부에 접근된 경우, 중간 체임버는 복귀 유체 라인(18)에 접속되고, 따라서 감압된다.The lower chamber 24 in the cylinder 5 is continuously supplied with pressure fluid via the pressure channel 19 of the cylinder and the channel 22 of the lower group. The upper chamber 25 is intermittently pressurized through the upper group of channels 23 , which are supplied with pressurized fluid or are connected to the return fluid channel depending on the position of the shuttle valve 4 . The intermediate chamber 26 of the cylinder 5 is also pressed intermittently depending on the position of the percussion piston 6 in the cylinder 5 . When the percussion piston 6 approaches the hammer bit 8 , the intermediate chamber 26 is connected to the lower chamber 24 , and thus is pressed. When the percussion piston approaches the top of its stroke, the intermediate chamber is connected to the return fluid line 18 and is thus depressurized.

중간 체임버(26) 내의 압력은 셔틀 밸브의 위치를 제어한다. 사이클의 출발 시에, 중간 체임버가 감압된 경우, 셔틀 밸브(4)는 상부 체임버(25)에 압력을 가하기 위해 이동된다. 이 단계에서, 제 1 축압기 요소(27), 및 제 2 축압기 조립체(3b) 내의 압력 요소는 베이스 기계로부터 전체 유체 유동을 수용하므로 유체를 저장한다. 사이클의 이 시점에서, 상부 체임버(25)에 노출되는 충격 피스톤의 면적은 하부 체임버(24)에 노출되는 면적보다 크고, 충격 피스톤을 비트(8)를 향해 전방으로 구동시키는 순(net) 하방향 작용력이 생성된다. 충격 피스톤이 하방향으로 가속됨에 따라, 압력 축압기 내로 유입되는 유동은 점차 감소되어 약 1/4 행정의 위치에서 0에 이른다. 이 시점으로부터, 피스톤이 자신의 완전 타격 속도까지 가속을 유지할 수 있도록, 축압기는 베이스 기계로부터 유입되는 오일에 추가되는 오일 공급을 개시한다. 축압기가 유체를 신속하게 공급하는 능력은 타격점 직전에서 가장 중요하다. 만일 충격 피스톤이 오일 공급을 추월할 수 있다면, 그 최대 속도는 제한된다. 일단 충격 피스톤이 비트에 근접하면, 압력 유체가 중간 체임버(26) 내로 유입되도록 경로가 개방된다. 이제 중간 체임버가 가압되면, 셔틀 밸브는 복귀 유체 채널(18)에 상부 체임버(25)를 접속시키도록 이동된다. 따라서 충격 피스톤의 상부에 미치는 힘은 저하되고, 그러므로 피스톤 상에 작용하는 순 힘의 방향은 역전된다. 일단 충격 피스톤이 비트에 충돌함으로써 정지되면, 이 힘은 피스톤을 비트로부터 멀어지는 방향으로 가속시킨다. 타격점에서, 압력 축압기는 그 저장된 유체의 대부분을 배출한다. 충격 피스톤이 정지되면, 축압기는 공급된 유체의 저장을 신속하게 재개해야 한다. 유체를 저장하는 축압기의 응답 시간 및 위치가 가장 중요한 것은 사이클의 이 시점이다. 이 때 운동하는 유체의 체적이 지나치게 크거나, 또는 축압기가 충분히 신속하게 충분한 오일의 저장을 개시할 수 없는 경우, 위험한 압력 급상승이 발생될 수 있다. 충격 피스톤이 상방향으로 가속됨에 따라 축압기 내로 유입되는 유체는 감소된다. 다음에, 충격 피스톤이 자신의 상방향 이동 시에 특정의 지점에 도달할 경우, 중간 체임버로의 압력 유체의 공급은 다시 차단되고, 중간 체임버는 복귀 유체 경로(18)에 접속된다. 이것에 의해 셔틀 밸브는 자신의 원위치로 복귀되어 상부 체임버(25)를 압력 채널(19)에 접속시킨다. 이 시점에서, 축압기는 피스톤이 정지될 때까지 피스톤의 이동에 의해 상부 체임버(25)로부터 배출되는 유체의 저장을 신속하게 개시해야 한다. 또 다시, 이 때 생성되는 과도(transient) 압력을 제어할 수 있도록 하기 위해 축압기의 응답 시간 및 위치는 매우 중요하다. 중간 체임버가 감압되고, 피스톤이 이제 행정의 상부에 위치하는 경우, 사이클이 재개된다. 축압기는 사이클의 약 75% 동안 유체를 저장해야 하고, 다른 25%에 걸쳐 유체를 재공급해야 한다. 따라서, 축압기의 응답 시간은 특히 진동수가 증가함에 따라 메커니즘의 성능의 기본이 된다.The pressure in the intermediate chamber 26 controls the position of the shuttle valve. At the start of the cycle, when the intermediate chamber is depressurized, the shuttle valve 4 is moved to apply pressure to the upper chamber 25 . At this stage, the first accumulator element 27, and the pressure element in the second accumulator assembly 3b receive the entire fluid flow from the base machine and thus store fluid. At this point in the cycle, the area of the percussion piston exposed to the upper chamber 25 is greater than the area exposed to the lower chamber 24 , and a net downward direction driving the percussion piston forward towards the bit 8 . action force is created. As the percussion piston accelerates downward, the flow entering the pressure accumulator gradually decreases and reaches zero at the position of about one quarter stroke. From this point, the accumulator starts supplying oil which is added to the incoming oil from the base machine so that the piston can maintain acceleration to its full striking speed. The ability of the accumulator to quickly deliver fluid is paramount just before the point of impact. If the impact piston can overtake the oil supply, its maximum speed is limited. Once the percussion piston is proximate to the bit, a path is opened for pressure fluid to enter the intermediate chamber 26 . Now that the intermediate chamber is pressurized, the shuttle valve is moved to connect the upper chamber 25 to the return fluid channel 18 . The force acting on the top of the percussion piston is thus lowered, and therefore the direction of the net force acting on the piston is reversed. Once the percussion piston is stopped by impacting the bit, this force accelerates the piston away from the bit. At the point of impact, the pressure accumulator drains most of its stored fluid. When the percussion piston is stopped, the accumulator must quickly resume storage of the supplied fluid. It is at this point in the cycle that the response time and location of the accumulator storing the fluid is of paramount importance. If the volume of the fluid moving at this time is too large, or if the accumulator cannot initiate storage of sufficient oil quickly enough, a dangerous pressure surge can occur. As the percussion piston is accelerated upward, the fluid entering the accumulator is reduced. Next, when the percussion piston reaches a certain point in its upward movement, the supply of pressure fluid to the intermediate chamber is again cut off, and the intermediate chamber is connected to the return fluid path 18 . This causes the shuttle valve to return to its original position and connect the upper chamber 25 to the pressure channel 19 . At this point, the accumulator should rapidly initiate storage of fluid discharged from the upper chamber 25 by movement of the piston until the piston is stopped. Again, the response time and position of the accumulator is very important in order to be able to control the transient pressure generated at this time. When the intermediate chamber is depressurized and the piston is now at the top of its stroke, the cycle is resumed. The accumulator must store fluid for about 75% of the cycle and re-supply fluid over the other 25%. Thus, the response time of the accumulator is fundamental to the performance of the mechanism, especially as the frequency increases.

위에 기재된 실시형태는 유압식 다운-더-홀 해머 내에서 셔틀 밸브를 장착한 타격 메커니즘을 포함한다. 그러나, 본 발명은 밸브리스 설계의 타격 메커니즘을 포함하는 모든 형태의 타격 메커니즘에 동등하게 적용될 수 있다.The embodiments described above include a striking mechanism with a shuttle valve mounted within a hydraulic down-the-hole hammer. However, the present invention is equally applicable to all types of striking mechanisms, including those of valveless design.

본 발명에 관련되어 본 명세서에서 사용되는 경우, 용어 “포함하다/포함하는” 및 용어 “갖는/포함하는”은 언급된 특징, 정수, 단계 또는 부품의 존재를 특정하기 위해 사용되지만, 그것의 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계, 부품 또는 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.As used herein in relation to the present invention, the terms “comprises/comprising” and the terms “having/comprising” are used to specify the presence of a recited feature, integer, step or component, but one of them. It does not exclude the presence or addition of the above other features, integers, steps, parts or groups.

명확화를 위해 별개의 실시형태로 기재된 본 발명의 특정의 특징들은 단일의 실시형태로 조합되어 제공될 수도 있다. 반대로, 간략화를 위해 단일의 실시형태로 기재된 본 발명의 다양한 특징은 별개로 또는 임의의 적절한 하위 조합으로 제공될 수도 있다.Certain features of the invention, which are, for clarity, described in separate embodiments, may be provided in combination in a single embodiment. Conversely, various features of the invention, which are, for brevity, described in a single embodiment, may be provided separately or in any suitable subcombination.

Claims (20)

유압식 다운-더-홀 해머로서,
타격 비트에 충격을 가하기 위해 상기 해머 내에서 왕복 이동하도록 장착되는 피스톤;
상기 피스톤의 왕복 이동을 수행하기 위해 베이스 기계로부터 상기 해머로 압력 유체를 공급하는 압력 유체 경로; 및
유압 유체용 제 1 축압기 조립체를 포함하고,
상기 제 1 축압기 조립체는 복수의 제 1 축압기 요소를 포함하고,
상기 제 1 축압기 요소의 각각은 상기 피스톤으로부터 동일한 거리에 배치되며, 복수의 상기 제1 축압기 요소는 압력 축압기로서 구성되고 상기 피스톤의 사이클 전체에 걸쳐 상기 해머의 압력 유체 경로에만 유체 연통되는, 유압식 다운-더-홀 해머.A hydraulic down-the-hole hammer comprising:
a piston mounted to reciprocate within the hammer for impacting the striking bit;
a pressure fluid path supplying pressure fluid from a base machine to the hammer to effect reciprocating movement of the piston; and
a first accumulator assembly for hydraulic fluid;
the first accumulator assembly comprising a plurality of first accumulator elements;
wherein each of the first accumulator elements is disposed equidistant from the piston, and wherein a plurality of the first accumulator elements are configured as a pressure accumulator and in fluid communication only with the pressure fluid path of the hammer throughout a cycle of the piston. , hydraulic down-the-hole hammer. 제 1 항에 있어서,
직경을 갖는, 상기 피스톤의 왕복운동을 제어하기 위한 셔틀 밸브를 더 포함하고;
상기 제 1 축압기 조립체는 상기 셔틀 밸브에 인접하여 배치되는, 유압식 다운-더-홀 해머.The method of claim 1,
further comprising a shuttle valve having a diameter for controlling reciprocation of the piston;
and the first accumulator assembly is disposed adjacent the shuttle valve. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
공통의 배출 체임버를 더 포함하고;
상기 제 1 축압기 요소의 각각은 상기 제 1 축압기 요소로부터 배출되는 유체가 상기 공통의 배출 체임버 내로 배출되도록 배치되는, 유압식 다운-더-홀 해머.3. The method according to claim 1 or 2,
a common exhaust chamber;
and each of the first accumulator elements is arranged such that fluid discharged from the first accumulator element is discharged into the common discharge chamber. 제 3 항에 있어서,
상기 제 1 축압기 요소의 각각은 상기 공통의 배출 체임버로부터 동일한 거리에 배치되는, 유압식 다운-더-홀 해머.4. The method of claim 3,
and each of said first accumulator elements is disposed at an equal distance from said common exhaust chamber. 제 2 항에 있어서,
상기 셔틀 밸브는 상기 제 1 축압기 조립체 내외로의 유체의 유동을 제어하는 표면을 갖고, 상기 제 1 축압기 요소의 각각은 축압기 멤브레인 또는 피스톤을 포함하고, 상기 유압식 다운-더-홀 해머의 작동 중에 적어도 하나의 상기 축압기 멤브레인 또는 피스톤과 상기 셔틀 밸브 표면 사이의 최소 거리는 상기 셔틀 밸브 표면으로부터 상기 셔틀 밸브의 직경의 3배 이하인, 유압식 다운-더-홀 해머. 3. The method of claim 2,
wherein the shuttle valve has a surface for controlling the flow of fluid into and out of the first accumulator assembly, each of the first accumulator elements comprising an accumulator membrane or piston, the hydraulic down-the-hole hammer and a minimum distance between at least one accumulator membrane or piston and the shuttle valve surface during operation is no more than three times the diameter of the shuttle valve from the shuttle valve surface. 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 축압기 요소는 상기 유압식 다운-더-홀 해머의 종축선을 중심으로 대각 배치(polar array)로 배치되는, 유압식 다운-더-홀 해머.The method of claim 1,
and the first accumulator elements are disposed in a polar array about a longitudinal axis of the hydraulic down-the-hole hammer. 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 축압기 요소의 각각은 기체-충전된 블래더(bladder) 또는 멤브레인을 포함하는, 유압식 다운-더-홀 해머.The method of claim 1,
and each of said first accumulator elements comprises a gas-filled bladder or membrane. 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 축압기 요소의 각각은 상기 유압식 다운-더-홀 해머 내의 동일한 종방향 위치에 배치되는, 유압식 다운-더-홀 해머.The method of claim 1,
each of the first accumulator elements is disposed at the same longitudinal location within the hydraulic down-the-hole hammer. 제 1 항에 있어서,
공통의 하우징 내에 복수의 제 2 축압기 요소를 포함하는 제 2 축압기 조립체를 더 포함하고, 상기 제 2 축압기 요소의 각각은 압력 축압기 또는 복귀 축압기로서 개별적으로 구성될 수 있는, 유압식 다운-더-홀 해머.The method of claim 1,
a second accumulator assembly comprising a plurality of second accumulator elements within a common housing, each of the second accumulator elements individually configurable as a pressure accumulator or a return accumulator -The-Hall Hammer. 제 9 항에 있어서,
압력 축압기 또는 복귀 축압기로서 상기 제 1 축압기 요소 또는 상기 제 2 축압기 요소의 각각을 구성하기 위해 상기 제 1 축압기 조립체 또는 상기 제 2 축압기 조립체에 접속될 수 있는 어댑터 하우징을 더 포함하는, 유압식 다운-더-홀 해머.10. The method of claim 9,
and an adapter housing connectable to the first accumulator assembly or the second accumulator assembly to configure each of the first accumulator element or the second accumulator element as a pressure accumulator or a return accumulator. , hydraulic down-the-hole hammer. 제 5 항에 있어서,
상기 유압식 다운-더-홀 해머의 작동 중에 상기 적어도 하나의 다른 축압기 멤브레인 또는 피스톤과 상기 셔틀 밸브 표면 사이의 최소 거리는 상기 셔틀 밸브 표면으로부터 상기 셔틀 밸브의 직경의 10배 이하인, 유압식 다운-더-홀 해머.6. The method of claim 5,
The minimum distance between the at least one other accumulator membrane or piston and the shuttle valve surface during operation of the hydraulic down-the-hole hammer is no more than ten times the diameter of the shuttle valve from the shuttle valve surface. Hall Hammer. 제 1 항에 있어서,
외부의 원통형 외부 마모 슬리브를 더 포함하고, 상기 피스톤은 상기 타격 비트에 타격을 가하기 위해 상기 외부 마모 슬리브 내에서 왕복 이동하도록 장착되고, 상기 타격 비트는 상기 외부 마모 슬리브의 전방 단부에 위치되는, 유압식 다운-더-홀 해머.The method of claim 1,
an outer cylindrical outer wear sleeve, wherein the piston is mounted for reciprocating movement within the outer wear sleeve for striking the percussion bit, the percussion bit positioned at a forward end of the outer wear sleeve. Down-the-hole hammer. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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